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作者：William L. Johnson 來源：《科學(xué)》 發(fā)布時(shí)間：2011-5-16 14:34:00
據(jù)美國物理學(xué)家組織網(wǎng)近日?qǐng)?bào)道，金屬玻璃用途廣泛，但用其制造零件時(shí)成本高昂，而且容易留下瑕疵?，F(xiàn)在，美國科學(xué)家研發(fā)出一種名為快速火花成型的新技術(shù)，該技術(shù)能低成本、快速地制造出無瑕疵、形狀各異的金屬玻璃零件。
該項(xiàng)目的領(lǐng)導(dǎo)人、加州理工學(xué)院工程和應(yīng)用科學(xué)教授威廉姆·杰森在13日出版的《科學(xué)》雜志上表示，新方法將徹底改變冶金領(lǐng)域的面貌。
1960年，加州理工學(xué)院的科學(xué)家們首先發(fā)現(xiàn)了金屬玻璃，金屬玻璃既有金屬和玻璃的優(yōu)點(diǎn)，又克服了它們各自的弊病，其強(qiáng)度是工業(yè)用鋼鐵的3倍、柔韌性是鋼鐵的10倍，廣泛應(yīng)用于航空航天和消費(fèi)電子等領(lǐng)域。
金屬玻璃在用來制造有用的零件時(shí)，必須被加熱到500攝氏度左右，達(dá)到軟化并變成濃稠的液體才能鑄造成型。但在濃稠的液態(tài)下，金屬玻璃的原子很快會(huì)自發(fā)地“各就各位”形成晶體，避免其快速結(jié)晶是制造金屬玻璃零件時(shí)面臨的主要挑戰(zhàn)。
以前，人們主要通過將金屬玻璃加熱到結(jié)晶相的熔點(diǎn)之上（一般都超過1000攝氏度）來制造金屬玻璃零件。人們將熔融的金屬玻璃投入一個(gè)鐵模具中，讓其在結(jié)晶之前冷卻。但有個(gè)問題：鐵模具一般只能承受600攝氏度左右的溫度，因此，需要經(jīng)常替換，這就大大增加了生產(chǎn)成本。而且，在1000攝氏度高溫下，液態(tài)金屬玻璃的流動(dòng)性很強(qiáng)，很容易潑濺，讓最終獲得的零件“傷痕累累”。
杰森團(tuán)隊(duì)另辟蹊徑，以極快的速度來加熱和處理金屬玻璃。他們只將固態(tài)金屬玻璃加熱到500攝氏度左右，使其達(dá)到流動(dòng)性足以讓其注入一個(gè)模具中并冷卻下來的液體狀態(tài)，一切都發(fā)生在金屬玻璃結(jié)晶之前。
杰森團(tuán)隊(duì)使用電阻加熱技術(shù)來均勻且快速地加熱這種材料。他們?cè)诩s1微秒內(nèi)，朝一根小金屬玻璃棒發(fā)射一束短暫而密集的電流脈沖，給其傳送1000焦耳的能量來將其加熱。該電流脈沖均勻地加熱了整個(gè)金屬玻璃，速度是以前的1000多倍。杰森表示，半微秒內(nèi)，金屬玻璃就達(dá)到了合適的溫度，然后，熔融狀態(tài)下的金屬玻璃被注入模具中并冷卻，耗時(shí)僅幾微秒。
杰森團(tuán)隊(duì)使用這一新技術(shù)，成功地在550攝氏度、不到40微秒內(nèi)將一個(gè)金屬玻璃棍加熱制成了一個(gè)環(huán)形物體，新環(huán)形物沒有瑕疵，也沒有被氧化。
科學(xué)家能利用新技術(shù)對(duì)熔融狀態(tài)下的金屬玻璃展開研究，例如，通過在其結(jié)晶前加熱，科學(xué)家耗時(shí)幾微秒就可查看結(jié)晶過程。新技術(shù)現(xiàn)已被申請(qǐng)了專利，并正在進(jìn)入商業(yè)化生產(chǎn)。（來源：科技日?qǐng)?bào) 劉霞）
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